圖像數(shù)字水印技術(shù)在信息安全中的應(yīng)用

1、華清學(xué)院課程設(shè)計（論文）課程名稱：圖像數(shù)字水印技術(shù)在信息安全中的應(yīng)用院 （系）： 信息與控制工程系 專業(yè)班級： 通信1102 姓 名： 黨 浩 學(xué) 號： 201106020211 2014年 12 月 17 日西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè)班級： 通信1102班 學(xué)生姓名： 黨 浩 指導(dǎo)教師（簽名）： 一、 課程設(shè)計（論文）題目圖像水印技術(shù)的在信息安全中的應(yīng)用二、本次課程設(shè)計（論文）應(yīng)達(dá)到的目的通過課程設(shè)計讓學(xué)生較深入地理解信息網(wǎng)技術(shù)在通信工程專業(yè)系列課程中的地位、作用和意義；加深對基本概念和基本原理的理解和應(yīng)用，并能夠用所學(xué)知識分析、初步設(shè)計和解決與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)的現(xiàn)實技術(shù)

2、問題，在實踐中能夠舉一反三。 三、本次課程設(shè)計（論文）任務(wù)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求等） 主要內(nèi)容：1）掌握圖像處理的基本方法和原理2) 掌握水印技術(shù)的相關(guān)概念及水印技術(shù)在信息安全中應(yīng)用原理；要求：1） 掌握圖像水印算法；2） 寫出相應(yīng)算法的MATLAB程序，并給出仿真結(jié)果；四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)： 1） 數(shù)字圖像處理，王慧琴，北京郵電大學(xué)出版社；2） 數(shù)字信號處理，朱光明譯，機(jī)械工業(yè)出版社3） MATLAB數(shù)字信號處理，王彬，機(jī)械工業(yè)出版社五、審核批準(zhǔn)意見教研室主任（簽字） 目 錄摘 要3第一章 緒 論4第二章圖像數(shù)字水印技術(shù)的基本原理及算法52.1圖像數(shù)字水

3、印的基本原理52.1.1水印的生成52.1.2 水印的嵌入52.1.3 水印的提取和檢測62.1.4 仿真實驗結(jié)果7 2.1.5 水印的評價標(biāo)準(zhǔn).82.2圖像數(shù)字水印具備的特點92.3圖像數(shù)字水印算法10第三章MATLAB在圖像數(shù)字水印技術(shù)中的應(yīng)用133.1 MATLAB圖像處理函數(shù)簡介153.2 MATLAB在水印預(yù)處理中的應(yīng)用153.3 MATLAB在圖像數(shù)字水印實現(xiàn)中實用、高效的體現(xiàn)17參考文獻(xiàn)19 內(nèi)容摘要 本文重點研究數(shù)字媒體信息隱藏技術(shù)的理論與方法,介紹了數(shù)字水印的研究背景、基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。本論文結(jié)合數(shù)字水印技術(shù)的相關(guān)知識,討論了如下問題:(1)數(shù)字水印

4、系統(tǒng)模型。(2)數(shù)字水印的基本要求。(3)數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用前景。(4)數(shù)字水印的分類,包括各類水印的基本概念,相關(guān)算法、性能及發(fā)展趨勢的分析與討論。(5)數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)。(6)MATLAB在圖像數(shù)字水印技術(shù)中的應(yīng)用關(guān)鍵詞: 數(shù)字水印 信息隱藏 版權(quán)保護(hù) 第一章 緒 論隨著數(shù)字媒體技術(shù)和Internet技術(shù)的快速發(fā)展，信息媒體的數(shù)字化為信息的存取提供了極大的便利性，同時也顯著提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。Internet的普及又為數(shù)字信息在世界范圍內(nèi)的迅速傳遞開辟了便捷的途徑。特別是隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)達(dá)，數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個相對簡單的過程。現(xiàn)在，數(shù)字音頻、數(shù)字圖像和數(shù)字視頻等

5、各種數(shù)字作品在網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)布比比皆是。人們借助于計算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備可以方便、迅速地將數(shù)字信息傳輸?shù)剿谕牡胤?，?shù)字信息存儲與傳輸技術(shù)的不斷進(jìn)步，帶動了數(shù)字媒體應(yīng)用的飛快發(fā)展。然而，開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和便捷的信息處理技術(shù)，也導(dǎo)致信息安全和數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)的問題日趨嚴(yán)重，這些數(shù)字形式的文件或作品使有惡意的個人和團(tuán)體在沒有得到作品所有者的許可下拷貝和傳播有版權(quán)的內(nèi)容，例如，盜版者利用便利的網(wǎng)絡(luò)信息制造出和原版一樣復(fù)制品來獲取暴利；一些重要的文件信息遭到篡改偽造和惡意攻擊等等。這一系列便于我們使用的數(shù)字化特性所帶來的負(fù)面效應(yīng)，已成為信息產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的一大障礙。對數(shù)字化信息產(chǎn)品實施有

6、效的版權(quán)保護(hù)，成為迫在眉睫的研究課題。數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支，作為傳統(tǒng)加密技術(shù)的有效補(bǔ)充，近年來引起人們的高度重視，被認(rèn)為是解決上述問題的最具潛力的技術(shù)之一，已成為信息安全領(lǐng)域的一個研究熱點。在多媒體信息中加入數(shù)字水印可以確認(rèn)版權(quán)所有者、認(rèn)證多媒體信息來源的真實性、識別購買者、提供有關(guān)數(shù)字內(nèi)容的其它附加信息、確認(rèn)所有權(quán)認(rèn)證和跟蹤侵權(quán)行為等等。它在篡改鑒定、數(shù)據(jù)的分級訪問、數(shù)據(jù)跟蹤和檢測、商業(yè)和視頻廣播、Internet數(shù)字媒體的服務(wù)付費、電子商務(wù)認(rèn)證鑒定等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。第二章圖像數(shù)字水印技術(shù)的基本原理及算法2.1圖像數(shù)字水印的基本原理數(shù)字水印技術(shù)是通過一定的

7、算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌到多媒體內(nèi)容當(dāng)中, 但不影響原內(nèi)容的價值和使用, 并且不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到。水印信息可以是作者的序列號、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等, 可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。與加密技術(shù)不同,數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動的發(fā)生, 但它可以判別對象是否受到保護(hù), 監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝, 解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。為了給攻擊者增加去除水印的難度, 目前大多數(shù)水印制作方案都采用密碼學(xué)中的加密(包括公開密鑰、私有密鑰) 體系來加強(qiáng), 在水印的嵌入、提取時采用一種密鑰, 甚至幾種密鑰聯(lián)

8、合使用。2.1.1水印的生成水印可由多種模型構(gòu)成，如隨機(jī)數(shù)字序列、數(shù)字標(biāo)識、文本以及圖像等。從魯棒性和安全性考慮，常常需要對水印進(jìn)行隨機(jī)化以及加密處理。設(shè)I為原始圖像，W為水印信號，K為密鑰，那么加密處理后的水印由函數(shù)F定義如下：=F（I，W，K） （2-1）如果水印所有者不希望水印被其他人知道，那么函數(shù)F應(yīng)該是非可逆的，如經(jīng)典的DES加密算法等。這是將水印技術(shù)與加密算法結(jié)合起來的一個通用方法，目的是為了提高水印的可靠性、安全性和通用性。2.1.2 水印的嵌入本文算法利用Watson提出的小波域人眼視覺系統(tǒng)的可見度閾值（JND），將宿主圖像的小波系數(shù)量化為0,1序列，將此作為該圖像的水印，并以

9、稀疏矩陣的形式存儲下來。為了在不損壞原始圖像質(zhì)量的情況下，把能量盡可能大的水印信息嵌到圖像中，使認(rèn)證水印具有對有損壓縮等一般性操作最大的魯棒性，本算法采用可見度閾值（JND）作為量化間隔。水印嵌入過程如圖1所示。算法步驟如下：水印信號嵌入水印后的信號水印嵌入算法原始信號密 匙圖2-1 水印嵌入框圖2.1.3 水印的提取和檢測水印提取和檢測過程分別如圖2-2和2-3所示。水印的提取和檢測可以作用于任何產(chǎn)品，提取和檢測可以需要原始產(chǎn)品的參與，也可以不需要原始產(chǎn)品的參與。若將這一過程定義為解碼函數(shù)D，那么輸出可以是一個判定水印存在與否的0-1決策，也可以是包含各種信息的數(shù)據(jù)流，如文本、圖像等。如果己

10、知原始圖像I和有版權(quán)疑問的圖像，則有： （2-5）帶水印信號水印嵌入算法提取的水印信號原始信號密 匙圖2-2 水印提取框圖在某些水印系統(tǒng)中，水印可以被精確地抽取出來，這一過程被稱作水印提取。比如在完整性認(rèn)證應(yīng)用中，必須能夠精確地提取出插入的水印，并且通過水印的完整性來確認(rèn)多媒體數(shù)據(jù)的完整性。如果提取出的水印發(fā)生了部分的變化，最好還能夠通過發(fā)生變化的水印的位置來確定原始數(shù)據(jù)被篡改的位置。對于強(qiáng)壯水印，通常不可能精確地提取出插入的原始水印，因為一個應(yīng)用如果需要強(qiáng)壯水印，說明這個應(yīng)用很可能遭受到各種惡意的攻擊，水印數(shù)據(jù)歷經(jīng)這些操作后，提取出的水印通常已經(jīng)面目全非，這時需要一個水印檢測過程。水印檢測框

11、圖如圖2-3所示：含水印待檢測信號Y判斷水印檢測原始信號N無水印密 匙圖2-3 水印檢測框圖從以上論述可以看出，水印提取的任務(wù)是從嵌入水印的數(shù)據(jù)中提取水印信號，而水印檢測的任務(wù)是判斷某一數(shù)據(jù)內(nèi)容中是否存在指定的水印信號。另外，水印檢測的結(jié)果依賴于一個闡值，當(dāng)相關(guān)性檢測的結(jié)果超過這個閩值時，給出含有指定水印的結(jié)論。通常水印檢測的第一步是水印提取，然后是水印判決。水印判決的通行做法是相關(guān)性檢測。選擇一個相關(guān)性判決標(biāo)準(zhǔn)，計算提取出的水印與指定的水印的相關(guān)值，如果相關(guān)值足夠高，則可以基本斷定被檢測數(shù)據(jù)含有指定的水印。檢測器的輸出結(jié)果如充分可信則可在法庭上作為版權(quán)保護(hù)的潛在證據(jù)。2.1.4 仿真實驗結(jié)果

12、 為驗證本文所提出的認(rèn)證方法是否能夠滿足對一般性操作具有魯棒性、對篡改操作具有敏感性的要求，我們對標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行了測試。圖像分解層數(shù)L=4。采用峰值信噪比客觀評價水印圖像的質(zhì)量。2.1.5 水印的評價標(biāo)準(zhǔn)不同的應(yīng)用對水印的特性要求是不同的。水印的特性對水印系統(tǒng)的性能提供了準(zhǔn)確的評估,如何在多種性能評價標(biāo)準(zhǔn)下選擇性能的指標(biāo),則是由具體的應(yīng)用來決定的。同時,也可以根據(jù)應(yīng)用的需求調(diào)整水印系統(tǒng)的特性,使各個特性在調(diào)整的過程中獲得平衡。某個特性的改善,通常是通過犧牲其他特性得到的。水印的特性可以從以下幾個方面來研究: 1.嵌入水印的有效性:成功地將水印信息嵌入到隨機(jī)載體的概率。 2.失真率:嵌入水印后宿主

13、與原宿主的差別。 3.盲檢測:不需要宿主信息就可以檢測出水印信息。4.帶輔助信息檢測:需要原始載體有關(guān)的信息,才能檢測出水印。5.魯棒性:水印系統(tǒng)承載常規(guī)處理的能力。6.安全性:水印系統(tǒng)抵抗惡意攻擊的能力。7.密鑰:水印信息的加密解密或者通過密鑰來控制水印的嵌入和提取。8.多水印:同一載體中是否可以嵌入多個水印(互不干擾)。9.水印容量:水印系統(tǒng)可以攜帶的最大有效載荷數(shù)據(jù)量。10.計算量:嵌入算法與提取算法的計算成本。2.2圖像數(shù)字水印應(yīng)具備的特點(1) 不可感知性(unperceptivity) 。不可感知包含兩方面的意思, 一個指視覺上的不可感知性(對聽覺也是同樣的要求) , 即因嵌入水印

14、導(dǎo)致圖像的變化對觀察者的視覺系統(tǒng)來講應(yīng)該是不可察覺的,最理想的情況是水印圖像與原始圖像在視覺上一模一樣, 這是絕大多數(shù)水印算法所應(yīng)達(dá)到的要求; 另一方面水印用統(tǒng)計方法也是不能恢復(fù)的, 如對大量的用同樣方法和水印處理過的信息產(chǎn)品即使用統(tǒng)計方法也無法提取水印或確定水印的存在。(2) 魯棒性( robustness) 。加入水印的圖像在傳播過程中必然會受到各種有意或無意的干擾。一個數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真, 包括有意的如: 惡意攻擊、移去水印和使水印無法提取, 無意的如: 圖像壓縮、濾波、掃描與復(fù)印、邊緣增強(qiáng)、抖動、APD、DPA 轉(zhuǎn)換等信號處理、噪聲污染、尺寸變化等。(3)

15、 安全性( safty) 。即使水印算法公開, 它同樣能防止未授權(quán)團(tuán)體移去水印或加入一個假的水印。(4) 透明性(invisibility) 。利用人類視覺系統(tǒng)或人類聽覺系統(tǒng)屬性, 經(jīng)過一系列隱藏處理, 使目標(biāo)數(shù)據(jù)沒有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象, 而隱藏的數(shù)據(jù)卻無法人為地看見或聽見。(5) 可證明性(justification) 。水印應(yīng)能為受到版權(quán)保護(hù)的信息產(chǎn)品的歸屬提供完全和可靠的證據(jù)。不難分析出, 某些要求之間存在沖突, 比如不可感知性和健壯性、隱藏能力和不可感知性, 增加一方必然會降低另一方。實際上, 水印技術(shù)的一個重要方面是研究如何折衷這些要求。(6) 水印容量(volume) 。嵌入的水印信息

16、必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息, 或是購買者的序列號。這樣在發(fā)生版權(quán)糾紛時, 創(chuàng)建者或所有者的信息用于標(biāo)示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有者, 而序列號用于標(biāo)示違反協(xié)議而為盜版提供多媒體數(shù)據(jù)的用戶。2.3圖像數(shù)字水印算法近年來，數(shù)字水印技術(shù)取得了很大進(jìn)步，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的算法，包括文本、圖像、圖形、視頻及音頻數(shù)字水印算法。根據(jù)數(shù)字水印的加載方法的不同，可分為2大類：空間域水印算法和變換域水印算法。在這些算法中，水印信息一般是一個隨機(jī)信號，水印嵌入在時域或變換域中進(jìn)行，并采用假設(shè)檢驗來測試被測圖像是否含有水印信息。下面對一些典型的算法進(jìn)行分析討論，除特別指明外，這些算法主要針對圖像數(shù)據(jù)。(1)空

17、域算法：該類算法中典型的水印算法是將信息嵌入到隨機(jī)選擇的圖像點中最不重要的像素位 (LSB: least significant bits)上，這可保證嵌入的水印是不可見的。但是由于使用了圖像不重要的像素位，算法的魯棒性差，水印信息很容易為濾波、圖像量化、幾何變形的操作破壞。(2)Patchwork算法:方法是隨機(jī)選擇N對像素點 (ai，bi) ，然后將每個ai點的亮度值加 1 ，每個bi點的亮度值減 1，這樣整個圖像的平均亮度保持不變。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)，Patchwork方法對JPEG壓縮、FIR濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分塊，

18、然后對每一個圖像塊進(jìn)行嵌入操作。(3)變換域算法:該類算法中，大部分水印算法采用了擴(kuò)展頻譜通信 (spread spectrum communication)技術(shù)。先計算圖像的離散余弦變換 (DCT)，然后將水印疊加到DCT域中幅值最大的前k系數(shù)上(不包括直流分量)，通常為圖像的低頻分量。若DCT系數(shù)的前k個最大分量表示為D= di ，i=1 ， ，k，水印是服從高斯分布的隨機(jī)實數(shù)序列W = wi ，i=1 ， ，k，那么水印的嵌入算法為di = di(1 + awi)，其中常數(shù)a為尺度因子，控制水印添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水印圖像I。解碼函數(shù)則分別計算原始圖像I和水印圖像I的離

19、散余弦變換，并提取嵌入的水印W，再做相關(guān)檢驗以確定水印的存在與否。該方法即使當(dāng)水印圖像經(jīng)過一些通用的幾何變形和信號處理操作而產(chǎn)生比較明顯的變形后仍然能夠提取出一個可信賴的水印拷貝。另外，還可以將數(shù)字圖象的空間域數(shù)據(jù)通過離散傅里葉變換(DFT)或離散小波變換(DWT)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域系數(shù)；其次，根據(jù)待隱藏的信息類型，對其進(jìn)行適當(dāng)編碼或變形；再次，根據(jù)隱藏信息量的大小和其相應(yīng)的安全目標(biāo)，選擇某些類型的頻域系數(shù)序列（如高頻或中頻或低頻）；再次，確定某種規(guī)則或算法，用待隱藏的信息的相應(yīng)數(shù)據(jù)去修改前面選定的頻域系數(shù)序列；最后，將數(shù)字圖象的頻域系數(shù)經(jīng)相應(yīng)的反變換轉(zhuǎn)化為空間域數(shù)據(jù)。該類算法的隱藏和提取信息操

20、作復(fù)雜，隱藏信息量不能很大，但抗攻擊能力強(qiáng)，很適合于數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)中。(4)壓縮域算法:JPEG、MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水印系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼過程，而且在數(shù)字電視廣播及VOD(Video on Demand)中有很大的實用價值。相應(yīng)地，水印檢測與提取也可直接在壓縮域數(shù)據(jù)中進(jìn)行。例如對于輸入的MPEG-2數(shù)據(jù)流而言，它可分為數(shù)據(jù)頭信息、運動向量(用于運動補(bǔ)償)和DCT編碼信號塊3部分，在方案中只有MPEG-2數(shù)據(jù)流最后一部分?jǐn)?shù)據(jù)被改變，其原理是，首先對DCT編碼數(shù)據(jù)塊中每一輸入的Huffman碼進(jìn)行解碼和逆量化，以得到當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的一個DCT系數(shù);其次，把相應(yīng)

21、水印信號塊的變換系數(shù)與之相加，從而得到水印疊加的DCT系數(shù)，再重新進(jìn)行量化和Huffman編碼，最后對新的Huffman碼字的位數(shù)n1與原來的無水印系數(shù)的碼字 n0進(jìn)行比較，只在n1不大于n0的時候，才能傳輸水印碼字，否則傳輸原碼字，這就保證了不增加視頻數(shù)據(jù)流位率。即水印信號的引入是一種引起降質(zhì)的誤差信號，而基于運動補(bǔ)償?shù)木幋a方案會將一個誤差擴(kuò)散和累積起來，為解決此問題，該算法采取了漂移補(bǔ)償?shù)姆桨竵淼窒蛩⌒盘柕囊胨鸬囊曈X變形。(5)NEC算法:該算法由NEC實驗室的Cox等人提出，該算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位，其實現(xiàn)方法是，首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，該序列具有高斯N(0

22、， 1)分布，密鑰一般由作者的標(biāo)識碼和圖象的哈希值組成，其次對圖象做DCT變換，最后用偽隨機(jī)高斯序列來調(diào)制(疊加)該圖象除直流(DC)分量外的1000個最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。由于采用特殊的密鑰，因此可防止IBM攻擊，而且該算法還提出了增強(qiáng)水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則，即水印信號應(yīng)該嵌入源數(shù)據(jù)中對人感覺最重要的部分，這種水印信號由獨立同分布隨機(jī)實數(shù)序列構(gòu)成，且該實數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布N (0，1)的特征。第三章MATLAB在圖像數(shù)字水印技術(shù)中的應(yīng)用3.1 MATLAB圖像處理函數(shù)簡介由于著重討論圖像數(shù)字水印,所以以表格形式只給出二維信號(語音為一維信號

23、、圖像為二維信號)處理函數(shù),見表1至表4。表1圖像顯示和輸入輸出函數(shù)函數(shù) 功能Imread 從圖形文件中讀取圖像Imshow 顯示圖像Imwrite 將圖像寫入圖形文件中Truesize 調(diào)整圖像顯示尺寸Imfinfo 返回圖形文件信息Subimage 在一幅圖中顯示多幅圖像Load 將*.mat的圖像文件調(diào)入到內(nèi)存Save 保存工作區(qū)中的變量到3 . mat格式的圖像文件中表2圖像變換函數(shù)函數(shù) 功能Fft2 計算二維快速傅里葉變換Ifft2 計算二維傅里葉變換的反變換Dct2 進(jìn)行二維離散余弦變換Idct2 計算二維離散反余弦變換Dwt2 一層二維離散小波變換Idwt2 一層二維離散小波反變

24、換Wavedec2 多層二維小波分解Waverec2 多層二維小波重構(gòu)Detcoef2 提取二維小波分解高頻系數(shù)Appcoef2 提取二維小波分解低頻系數(shù)Upwlev2 二維小波分解的單層重構(gòu)Wrcoef2 二維小波分解系數(shù)單層重構(gòu)Upcoef2 二維小波分解的直接重構(gòu)Radon 計算圖像在指定角度的radon變換表3圖像類型轉(zhuǎn)換和顏色空間轉(zhuǎn)換函數(shù) 功能Gray2ind 將灰度圖像轉(zhuǎn)換為索引圖像Ind2gray 將索引圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像Rgb2gray 轉(zhuǎn)換RGB圖像或顏色映像表為灰度圖像Im2bw 將圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制圖像Mat2gray 將矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像Im2unit16 轉(zhuǎn)換圖像陣列為

25、16位無符號整型Im2double 轉(zhuǎn)換圖像矩陣為雙精度型im2uint8 轉(zhuǎn)換圖像陣列為8 位無符號整型Isbw 判斷是否為二進(jìn)制圖像Isgray 判斷是否為灰度圖像Isind 判斷是否為索引圖像Isgrb 判斷是否為RGB圖像Rgb2hsv 轉(zhuǎn)換RGB值為HSV顏色空間Hsv2rgb 轉(zhuǎn)換HSV值為RGB顏色空間Rgb2ycbcr 轉(zhuǎn)換RGB的值為YcbCr顏色空間Ycbcr2rgb 轉(zhuǎn)化YcbCr值為RGB顏色空間rgb2ntsc 轉(zhuǎn)換RGB的值為NTSC顏色空間nts表4攻擊測試函數(shù)函數(shù) 功能Imcrop 剪切圖像Imrotate 旋轉(zhuǎn)圖像Imresize 改變圖像大小Histeq 實

26、現(xiàn)對輸入圖像的直方圖均衡化Imadjust 調(diào)整圖像灰度值或顏色映像表Imnoise 給圖像加入噪聲Imresize 改變圖像大小Dither 通過抖動增加外觀顏色分辨率Corr2 計算兩個矩陣的二維相關(guān)系數(shù)Similar 計算兩個矢量的相似度3.2 MATLAB在水印預(yù)處理中的應(yīng)用置亂技術(shù)是一種圖像加密技術(shù),它利用數(shù)字圖像具有的數(shù)字陣列的特點,攪亂圖像中像素的位置或顏色使之變成一幅雜亂無章的圖像 1 ,從而達(dá)到無法辨認(rèn)出原圖像的目的,可用于數(shù)字圖像水印的預(yù)處理和后處理過程。對水印進(jìn)行置亂變換可以提高水印信息的安全性,增強(qiáng)水印的魯棒性。置亂過程不僅可以在數(shù)字圖像的空間域上進(jìn)行,還可以在其頻率域

27、上進(jìn)行 2 。常見置亂方法有Arnold變換、幻方變換、Hilbert曲線、Conway 游戲、廣義Gray碼變換、仿射變換、正交拉丁方變換等 3 。置亂技術(shù)具有以下特點:置亂技術(shù)一般來說具有周期性;置亂變換之后的圖像大小不發(fā)生改變,直方圖不變,只是打亂圖像各像素的次序; 置亂技術(shù)是可逆變換 4 ,水印在提取后需要進(jìn)行置亂變換的逆變換。對水印進(jìn)行置亂處理的優(yōu)點如下。1)采用置亂技術(shù)的合法使用者可以自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機(jī)數(shù)技術(shù),從而使非法使用者難以破譯圖像內(nèi)容,即可以提高水印信息的安全性 5 。2)置亂技術(shù)可以分散錯誤比特的分布,提高數(shù)字水印的視覺效果,從而增強(qiáng)其魯棒性 6

28、。以Arnold變換為例,可用下面給出的Matlab程序計算出任意大小的圖像恢復(fù)至原圖時所需的迭代周期。如大小為128 ×128的圖像迭代96次后將回到原圖。function Period =ArnoldPeriod (N)% 求周期,N為待求圖像的像素尺寸if ( N < 2 ) Period = 0;% 如果N < 2,即只有一個像素的情況下,周期為0 return;endn = 1; x = 1; y = 1; %初始位置%通過循環(huán)尋找周期while (n = 0) xn = x + y; yn = x + 23y;%Arnold變換公式if (mod (xn,N)

29、 = 1 & mod (yn,N) = 1)%再次的回到原來的位置,完成一次的周期Period = n;return;endx =mod (xn,N) ;y =mod ( yn,N) ;n = n + 1;end原圖像青椒 置亂變換2次 置亂變換40次圖1Arnold變換實現(xiàn)效果圖3.3 MATLAB在圖像數(shù)字水印實現(xiàn)中實用、高效的體現(xiàn)水印嵌入程序應(yīng)用實例k = 2; file_name = lena. bmp; cover_object = double ( imread ( file_name) ) ;Mc = size ( cover_object, 1) ; Nc = size

30、 ( cover_object, 2) ; file_name = copyright. bmp; message = double ( imread ( file_name) ) ; Mm = size (message, 1) ; Nm = size (message, 2) ;message_vector = round ( reshape (message,Mm3 Nm, 1) . /256) ; rand ( state, 16) ; cA1, cH1, cV1, cD1 = dwt2 ( cover _ object, haar) ;for ( kk = 1: length (me

31、ssage_vector) )pn_sequence_h = round (23 ( rand (Mc /2,Nc /2) - 0. 5) ) ; pn_se2quence_v = round (23 ( rand (Mc /2,Nc /2) - 0. 5) ) ;if (message ( kk) = = 0 ) cH1 = cH1 + k 3 pn _ sequence _ h;cV1 = cV1 + k3 pn_sequence_v;endendwatermarked_image = idwt2 (cA1, cH1, cV1, cD1, haar, Mc,Nc );watermarked_image _ uint8 = uint8 (watermarked _ image);imwrite (watermarked_image_uint8,